JP5839167B2 - Observation device - Google Patents
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Description
本発明は、観察装置に係り、更に詳しくは、対象物の表面を光学的に観察する観察装置に関する。 The present invention relates to an observation apparatus, and more particularly to an observation apparatus that optically observes the surface of an object.
工業製品の製造現場において、物体に異物が付着していないことや、物体に傷がないことを担保するのは、その後の工程を予定通りに行い、所望の製品を高い歩留まりで製造するのに重要である。 In the manufacturing site of industrial products, ensuring that no foreign matter is attached to the object and that the object is not scratched is to carry out the subsequent processes as scheduled, and to produce the desired product with a high yield. is important.
そこで、製造ラインでは、例えば、物体で反射された光をCCDカメラなどのイメージセンサで受光し、画像処理によって物体に異物が付着しているか否か、物体に傷があるか否かを検出する検出装置が用いられている。 Therefore, in the production line, for example, light reflected by an object is received by an image sensor such as a CCD camera, and it is detected by an image processing whether a foreign object is attached to the object or whether the object is flawed. A detection device is used.
ところで、上記の検出装置では、透明なICチップ、ガラス、フィルムなどは、下地の影響で、表面に異物が存在するか否か、物体に傷があるか否かを検出するのは困難であった。 By the way, in the above detection device, it is difficult to detect whether a transparent IC chip, glass, film or the like has a foreign object on the surface or whether an object has a flaw due to the influence of the base. It was.
そこで、透明な物体の表面が健全であるか否かを検出するための装置が種々提案された。 Therefore, various devices for detecting whether or not the surface of a transparent object is healthy have been proposed.
例えば、特許文献1には、透明固体の表面及び内部に存在する異物又は欠陥を検出する検査装置が開示されている。この検査装置は、白色光の面光源と、面光源からの光を透過する第1の偏光板と、第1の偏光板を透過して被検査対象物に照射され、被検査対象物を透過した光を受光して透過させる第2の偏光板とを有し、第2の偏光板を通った光の強度むら又は色むらに基づいて、異物又は欠陥を検出する機能を有している。 For example, Patent Document 1 discloses an inspection device that detects a foreign matter or a defect present on the surface and inside of a transparent solid. The inspection apparatus includes a white light surface light source, a first polarizing plate that transmits light from the surface light source, and the first polarizing plate that is irradiated to the object to be inspected and transmitted through the object to be inspected. A second polarizing plate that receives and transmits the transmitted light, and has a function of detecting a foreign substance or a defect based on unevenness in intensity or color of light passing through the second polarizing plate.
ところで、近年、部材表面の健全性に関する要求が厳しくなり、1μm程度の微小な異物の付着も許されなくなってきている。 By the way, in recent years, the demand for the soundness of the member surface has become stricter, and the attachment of minute foreign matters of about 1 μm has become unacceptable.
しかしながら、特許文献1に開示されている検査装置では、1μm程度の微小な異物の検出は困難であった。 However, in the inspection apparatus disclosed in Patent Document 1, it is difficult to detect a minute foreign substance of about 1 μm.
本発明は、対象物の表面を光学的に観察する観察装置であって、前記対象物を介した光の光路上に配置されたレンズと、前記レンズを通過した光の光路上に配置された偏光フィルタと、前記偏光フィルタを通過した光の光路上に配置されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを介した光の光路上に配置され、複数の受光部を有するイメージセンサとを備え、前記偏光フィルタと前記マイクロレンズアレイとの間隔が、前記マイクロレンズアレイにおけるレンズピッチ以下である観察装置である。 The present invention is an observation apparatus for optically observing the surface of an object, and is disposed on an optical path of light passing through the object and an optical path of light passing through the lens. A polarizing filter; a microlens array disposed on an optical path of light that has passed through the polarizing filter; and an image sensor that is disposed on an optical path of light that passes through the microlens array and includes a plurality of light receiving units. In the observation device, an interval between the polarizing filter and the microlens array is equal to or less than a lens pitch in the microlens array.
本発明の観察装置によれば、対象物を介した光が干渉することなくマイクロレンズに入射し、透明な物体の表面に付着した異物、及び透明な物体の表面の欠陥を精度良く観察することができる。 According to the observation apparatus of the present invention, the light passing through the object is incident on the microlens without interference, and the foreign matter adhering to the surface of the transparent object and the surface defect of the transparent object are accurately observed. Can do.
以下、本発明の一実施形態を図1〜図18に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る表面観察装置10の概略構成が示されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a surface observation apparatus 10 according to an embodiment.
この表面観察装置10は、光源装置100、偏光変換装置110、ハーフミラー120、レンズ130、受光モジュール150、回路基板170、筐体180、処理装置200、入力装置210、表示装置220、HDD装置230及び水平駆動装置240などを備えている。 The surface observation device 10 includes a light source device 100, a polarization conversion device 110, a half mirror 120, a lens 130, a light receiving module 150, a circuit board 170, a housing 180, a processing device 200, an input device 210, a display device 220, and an HDD device 230. And a horizontal driving device 240.
ここでは、観察される対象物300は、透明な板状部材である。この対象物300は、搬送ベルト400に載置され、表面観察の際に、所定の位置に搬送される。 Here, the observed object 300 is a transparent plate member. The object 300 is placed on the transport belt 400 and transported to a predetermined position during surface observation.
なお、本明細書では、対象物300の表面に直交する方向をZ軸方向、該Z軸方向に直交する面内で互いに直交する方向をX軸方向及びY軸方向とする。 In the present specification, the direction orthogonal to the surface of the object 300 is defined as the Z-axis direction, and the directions orthogonal to each other within the plane orthogonal to the Z-axis direction are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction.
ここでは、表面観察装置10は、対象物300の+Z側に配置され、対象物300の+Z側の面を観察する。以下では、対象物300の+Z側の面を「対象面」ともいう。 Here, the surface observation apparatus 10 is disposed on the + Z side of the object 300 and observes the + Z side surface of the object 300. Hereinafter, the + Z side surface of the target object 300 is also referred to as a “target surface”.
光源装置100は、一例として図2に示されるように、LEDを含む光源101、該光源101から射出された光束を略平行光とするコリメートレンズ102を有している。 As shown in FIG. 2 as an example, the light source device 100 includes a light source 101 including LEDs, and a collimating lens 102 that makes a light beam emitted from the light source 101 substantially parallel.
光源101は、処理装置200によって点灯及び消灯される。 The light source 101 is turned on and off by the processing device 200.
光源装置100は、−X方向に光束を射出する。 The light source device 100 emits a light beam in the −X direction.
偏光変換装置110は、光源装置100の−X側に配置され、一例として図3に示されるように、2つの偏光板(111、112)、該2つの偏光板(111、112)を保持する保持部材113、及び該保持部材113をZ軸方向に移動させる駆動機構を有している。 The polarization conversion device 110 is arranged on the −X side of the light source device 100 and holds two polarizing plates (111, 112) and the two polarizing plates (111, 112) as shown in FIG. 3 as an example. The holding member 113 and a drive mechanism that moves the holding member 113 in the Z-axis direction are provided.
駆動機構は、保持部材113に形成された「めねじ部」にねじ込まれるねじ部材と、該ねじ部材の−Z側端部に取り付けられた第1歯車と、該第1歯車にかみ合わされた第2歯車を含むシャフトと、該シャフトを回転させるステッピングモータ115などを有している。このステッピングモータ115は、処理装置200によって制御される。 The drive mechanism includes a screw member screwed into a “female screw portion” formed in the holding member 113, a first gear attached to the −Z side end of the screw member, and a first gear meshed with the first gear. A shaft including two gears, a stepping motor 115 for rotating the shaft, and the like are included. The stepping motor 115 is controlled by the processing device 200.
そこで、ステッピングモータ115が駆動されると、2つの偏光板(111、112)のZ軸方向に関する位置が変化する。 Therefore, when the stepping motor 115 is driven, the positions of the two polarizing plates (111, 112) in the Z-axis direction change.
ここでは、処理装置200は、図4(A)に示されるように、光源装置100からの光束が偏光板111のほぼ中央部を通過する第1位置、及び図4(B)に示されるように、光源装置100からの光束が偏光板112のほぼ中央部を通過する第2位置、のいずれかを選択してステッピングモータ115を制御する。 Here, as shown in FIG. 4A, the processing device 200 has a first position where the light beam from the light source device 100 passes through the substantially central portion of the polarizing plate 111, and as shown in FIG. 4B. In addition, the stepping motor 115 is controlled by selecting one of the second positions where the light flux from the light source device 100 passes through the substantially central portion of the polarizing plate 112.
偏光板111は、偏光方向がZ軸方向に直交する直線偏光を透過させ、偏光板112は、偏光方向がZ軸方向に平行な直線偏光を透過させる(図5及び図6参照)。 The polarizing plate 111 transmits linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the Z-axis direction, and the polarizing plate 112 transmits linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the Z-axis direction (see FIGS. 5 and 6).
ハーフミラー120は、偏光変換装置110の−X側に配置され、偏光変換装置110から射出された光束の約半分を−Z方向に反射する。 The half mirror 120 is disposed on the −X side of the polarization conversion device 110 and reflects about half of the light beam emitted from the polarization conversion device 110 in the −Z direction.
レンズ130は、ハーフミラー120の−Z側に配置され、ハーフミラー120で反射された光束を対象面近傍に集光する。ここでは、レンズ130として、倍率が1000倍の集光レンズが用いられている。 The lens 130 is disposed on the −Z side of the half mirror 120 and condenses the light beam reflected by the half mirror 120 in the vicinity of the target surface. Here, a condensing lens with a magnification of 1000 times is used as the lens 130.
なお、レンズ130に代えて、複数のレンズからなるレンズ系を用いても良い。例えば、倍率が100倍のレンズをハーフミラー120の−Z側に配置し、倍率が10倍のレンズをハーフミラー120と受光モジュール150との間に配置しても良い。 In place of the lens 130, a lens system including a plurality of lenses may be used. For example, a lens having a magnification of 100 may be disposed on the −Z side of the half mirror 120, and a lens having a magnification of 10 may be disposed between the half mirror 120 and the light receiving module 150.
ここでは、ハーフミラー120で反射された光束は、対象面を落射照明する。そして、対象面で反射された光束の大部分は、再度レンズ130を通過してハーフミラー120に入射する。 Here, the light beam reflected by the half mirror 120 illuminates the target surface. Then, most of the light beam reflected by the target surface passes through the lens 130 again and enters the half mirror 120.
ハーフミラー120に入射した光束は、約半分がハーフミラー120を透過する。 About half of the light beam incident on the half mirror 120 passes through the half mirror 120.
受光モジュール150は、ハーフミラー120を透過した光束の光路上に配置されている。 The light receiving module 150 is disposed on the optical path of the light beam that has passed through the half mirror 120.
受光モジュール150は、一例として図7及び図8に示されるように、回路基板170の−Z側の面に実装されている。 The light receiving module 150 is mounted on the surface on the −Z side of the circuit board 170 as shown in FIGS. 7 and 8 as an example.
受光モジュール150は、一例として図9に示されるように、偏光フィルタ151、マイクロレンズアレイ153、イメージセンサ155などを有し、これらが一体化されている。 As shown in FIG. 9 as an example, the light receiving module 150 includes a polarizing filter 151, a microlens array 153, an image sensor 155, and the like, which are integrated.
偏光フィルタ151は、透明な板状部材の+Z側の面に偏光パターン152が形成されている。ここでは、偏光パターン152は、一例として図10に示されるように、マトリックス状に配列された2種類の微小パターン(152a、152b)からなっている。各微小パターンは、同じ大きさの四角形状であり、ここでは、dx=dy=6μmである。 In the polarizing filter 151, a polarizing pattern 152 is formed on the + Z side surface of a transparent plate member. Here, as an example, as shown in FIG. 10, the polarization pattern 152 includes two kinds of minute patterns (152a, 152b) arranged in a matrix. Each minute pattern has a quadrangular shape of the same size, and here, dx = dy = 6 μm.
微小パターン152aは、偏光方向がX軸方向に直交する直線偏光を透過させ、微小パターン152bは、偏光方向がX軸方向に平行な直線偏光を透過させる。 The minute pattern 152a transmits linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the X-axis direction, and the minute pattern 152b transmits linearly polarized light whose polarization direction is parallel to the X-axis direction.
微小パターン152aの+X側、−X側、+Y側、及び−Y側には微小パターン152bが配置され、微小パターン152bの+X側、−X側、+Y側、及び−Y側には微小パターン152aが配置されている。 Micropatterns 152b are arranged on the + X side, -X side, + Y side, and -Y side of the micropattern 152a, and the micropatterns 152a are arranged on the + X side, -X side, + Y side, and -Y side of the micropattern 152b. Is arranged.
マイクロレンズアレイ153は、偏光フィルタ151の+Z側に配置されている。偏光フィルタ151の+Z側の面とマイクロレンズアレイ153との間隙Dint(図11参照)は、マイクロレンズアレイ153におけるレンズピッチPml(図11参照)以下となるように設定されている。具体的には、Pml=6μm、Dint=2μmである。 The microlens array 153 is disposed on the + Z side of the polarizing filter 151. The gap Dint (see FIG. 11) between the + Z side surface of the polarizing filter 151 and the microlens array 153 is set to be equal to or smaller than the lens pitch Pml (see FIG. 11) in the microlens array 153. Specifically, Pml = 6 μm and Dint = 2 μm.
マイクロレンズアレイ153は、偏光フィルタ151を透過した光束を集光する。 The microlens array 153 condenses the light beam that has passed through the polarizing filter 151.
イメージセンサ155は、マイクロレンズアレイ153の+Z側に配置され、マイクロレンズアレイ153を介した光束を受光する複数の受光領域を有している。ここでは、各受光領域は、1辺の長さが6μmの略正方形である。すなわち、マイクロレンズと受光領域は、1対1で対応している。そこで、上記間隙Dintは、受光領域の大きさ以下である。なお、以下では、便宜上、イメージセンサ155の受光領域を「画素」ともいう。 The image sensor 155 is disposed on the + Z side of the microlens array 153 and has a plurality of light receiving regions that receive light beams that have passed through the microlens array 153. Here, each light receiving region is a substantially square having a side length of 6 μm. That is, there is a one-to-one correspondence between the microlens and the light receiving area. Therefore, the gap Dint is equal to or smaller than the size of the light receiving area. Hereinafter, for the sake of convenience, the light receiving area of the image sensor 155 is also referred to as a “pixel”.
ここでは、イメージセンサ155は、対象面における直径0.178mmの領域からの反射光を受光することができる。 Here, the image sensor 155 can receive reflected light from a region having a diameter of 0.178 mm on the target surface.
イメージセンサ155の受光情報は処理装置200に出力される。なお、イメージセンサ155からは、1画素毎に256階調の濃度に対応したデータが出力される。 Light reception information of the image sensor 155 is output to the processing device 200. The image sensor 155 outputs data corresponding to the density of 256 gradations for each pixel.
光源装置100、偏光変換装置110、ハーフミラー120、レンズ130、受光モジュール150、及び回路基板170は、筐体180に取り付けられている。 The light source device 100, the polarization conversion device 110, the half mirror 120, the lens 130, the light receiving module 150, and the circuit board 170 are attached to the housing 180.
水平駆動装置240は、処理装置200の指示によって、筐体180をXY面内で移動させる。筐体180の位置情報は、水平駆動装置240から処理装置200に通知される。なお、ここでは、XY面内でのレンズ130の光軸位置が、筐体180の位置情報として水平駆動装置240から出力される(図1参照)。 The horizontal driving device 240 moves the housing 180 within the XY plane according to an instruction from the processing device 200. The position information of the housing 180 is notified from the horizontal driving device 240 to the processing device 200. Here, the optical axis position of the lens 130 in the XY plane is output from the horizontal driving device 240 as position information of the housing 180 (see FIG. 1).
処理装置200は、CPU、該CPUにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているROM、作業用のメモリであるRAM、ネットワークを介して他の装置と情報通信を行うための通信制御装置などを有している。 The processing device 200 includes a CPU, a ROM described in a program written in a code decodable by the CPU and various data used when executing the program, a RAM as a working memory, and a network. And a communication control device for performing information communication with other devices.
入力装置210は、例えばキーボード、マウス、タブレット、ライトペン及びタッチパネルなどのうち少なくとも1つの入力媒体(図示省略)を備え、作業者から入力された各種情報をCPUに通知する。なお、入力媒体からの情報はワイヤレス方式で入力されても良い。 The input device 210 includes, for example, at least one input medium (not shown) of a keyboard, a mouse, a tablet, a light pen, a touch panel, and the like, and notifies the CPU of various information input by an operator. Note that information from the input medium may be input in a wireless manner.
表示装置220は、例えばCRT、液晶ディスプレイ(LCD)及びプラズマ・ディスプレイ・パネル(PDP)などを用いた表示部(図示省略)を備え、CPUから指示された各種情報を表示する。 The display device 220 includes a display unit (not shown) using, for example, a CRT, a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), and the like, and displays various information instructed by the CPU.
なお、表示装置220と入力装置210とが一体化されたものとして、例えばタッチパネル付きLCDなどがある。 An example of an integrated display device 220 and input device 210 is an LCD with a touch panel.
HDD装置230は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。 The HDD device 230 includes a hard disk and a drive device for driving the hard disk.
次に、処理装置200の動作について説明する。 Next, the operation of the processing apparatus 200 will be described.
(1)不図示のセンサ出力から対象物300が表面観察開始位置に搬送されたことを確認すると、光源101を点灯させる。
(2)光源装置100からの光束が偏光板111のほぼ中央部を通過するように、ステッピングモータ115を制御する。
(3)イメージセンサ155の出力を第1偏光イメージとして、筐体180の位置情報とともにRAMに保存する。
(4)光源装置100からの光束が偏光板112のほぼ中央部を通過するように、ステッピングモータ115を制御する。
(5)イメージセンサ155の出力を第2偏光イメージとして、筐体180の位置情報とともにRAMに保存する。
(6)水平駆動装置240を介して、筐体180を次の観察位置に移動させる。
(7)上記(2)〜(5)を行う。
(8)すべての観察位置での観察が完了するまで、上記(6)及び(7)を繰り返し行う。
(9)すべての観察位置での観察が完了すると、筐体180の位置情報毎に、第1偏光イメージと第2偏光イメージを合成する。ここで合成されたイメージは、入力装置210に表示される。
(10)筐体180の位置情報毎に、上記合成結果に基づいて、異物及び欠陥の有無を判断し、その判断結果を筐体180の位置情報とともにRAMに保存する。
(11)異物及び欠陥の少なくとも一方が有れば、その形状及び大きさを求め、筐体180の位置情報とともにRAMに保存する。
(12)異物が有れば、その像の階調から、該異物が金属、樹脂、セラミックのいずれであるかを判断し、筐体180の位置情報とともにRAMに保存する。なお、像の階調と材質との関係は予め求められ、ROMに格納されている。
(13)異物及び欠陥の少なくとも一方が有れば、筐体180の位置情報から、対象物300における該異物及び欠陥の位置情報を求め、RAMに保存する。
(14)対象物300における異物及び欠陥の有無情報、形状、大きさ、材質、対象物300における該異物及び欠陥の位置情報を、入力装置210に表示するとともに、ネットワークを介して他の装置に通知する。
(15)観察結果を、観察日時、対象物300を特定することができる情報(例えば、ID番号)とともに、HDD装置230に保存する。
(16)次の対象物を待つ。
(1) When it is confirmed from the sensor output (not shown) that the object 300 has been conveyed to the surface observation start position, the light source 101 is turned on.
(2) The stepping motor 115 is controlled so that the light beam from the light source device 100 passes through the substantially central portion of the polarizing plate 111.
(3) The output of the image sensor 155 is stored in the RAM together with the position information of the housing 180 as a first polarization image.
(4) The stepping motor 115 is controlled so that the light beam from the light source device 100 passes through the substantially central portion of the polarizing plate 112.
(5) The output of the image sensor 155 is stored in the RAM together with the position information of the housing 180 as a second polarization image.
(6) The housing 180 is moved to the next observation position via the horizontal driving device 240.
(7) Perform (2) to (5) above.
(8) Repeat the above (6) and (7) until the observation at all the observation positions is completed.
(9) When the observation at all the observation positions is completed, the first polarization image and the second polarization image are synthesized for each position information of the housing 180. The synthesized image is displayed on the input device 210.
(10) For each position information of the housing 180, the presence / absence of a foreign object and a defect is determined based on the synthesis result, and the determination result is stored in the RAM together with the position information of the housing 180.
(11) If there is at least one of a foreign substance and a defect, its shape and size are obtained and stored in the RAM together with the position information of the housing 180.
(12) If there is a foreign object, it is determined from the gradation of the image whether the foreign object is a metal, resin, or ceramic, and is stored in the RAM together with the position information of the housing 180. The relationship between the gradation of the image and the material is obtained in advance and stored in the ROM.
(13) If there is at least one of the foreign matter and the defect, the positional information of the foreign matter and the defect in the object 300 is obtained from the position information of the housing 180 and stored in the RAM.
(14) The presence / absence information, shape, size, and material of the foreign object and defect in the object 300, and the positional information of the foreign object and defect in the object 300 are displayed on the input device 210 and transmitted to other devices via the network. Notice.
(15) The observation result is stored in the HDD device 230 together with the observation date and time and information (for example, ID number) that can identify the object 300.
(16) Wait for the next object.
図12及び図13には、透明なガラス板の表面に付着している異物の画像が示されている。いずれも、1μm程度の大きさである。このように、1μm程度の大きさの異物であっても形状を明確に知ることができる。 12 and 13 show images of foreign matters adhering to the surface of a transparent glass plate. Both are about 1 μm in size. In this way, the shape can be clearly known even if the foreign matter has a size of about 1 μm.
そして、例えば、上記他の装置が、合否判別工程の判別装置であれば、該判別装置は、処理装置200からの観察結果に基づいて、異物及び欠陥がなければ、あるいは、異物及び欠陥の少なくとも一方があっても、形状、大きさが設定されている許容範囲内であれば合格と判断し、異物及び欠陥の形状、大きさが許容範囲内でなければ不合格と判断する。また、判別装置は、処理装置200からの観察結果に基づいて、異物が除去可能であると判断すると、該対象物を再生処理工程に送る。 For example, if the other device is a determination device for a pass / fail determination step, the determination device is based on the observation result from the processing device 200 and has no foreign matter or a defect, or at least the foreign matter and the defect. Even if there is one, if the shape and size are within the set allowable range, it is determined to be acceptable, and if the shape and size of the foreign matter and defect are not within the allowable range, it is determined to be unacceptable. Further, when the determination device determines that the foreign matter can be removed based on the observation result from the processing device 200, the determination device sends the object to the regeneration processing step.
また、例えば、上記他の装置が、洗浄工程の洗浄装置であれば、該洗浄装置は、処理装置200からの観察結果に基づいて、異物が付着している位置を重点的に洗浄する。 Further, for example, if the other apparatus is a cleaning apparatus in the cleaning process, the cleaning apparatus mainly cleans the position where the foreign matter adheres based on the observation result from the processing apparatus 200.
このように、表面観察装置10を製造ラインに組み込むことにより、不良品の抽出、再生可能品の抽出を自動化することができる。また、効率的な洗浄処理が可能となる。また、ラインの速度を上げることができる。さらに、正確な検品が可能となり、製造歩留まりの向上を図ることができる。 Thus, by incorporating the surface observation apparatus 10 into the production line, extraction of defective products and extraction of recyclable products can be automated. In addition, an efficient cleaning process is possible. Also, the line speed can be increased. Furthermore, accurate inspection can be performed, and the production yield can be improved.
ところで、仮に偏光フィルタ151の+Z側の面とマイクロレンズアレイ153との間隙DintがレンズピッチPmlよりも大きいと、一例として図14に示されるように、干渉した光束がマイクロレンズに入射する。この場合は、一例として図15に示されるように、対象面に付着している異物の形状、大きさは、不明確な状態で観察される。 Incidentally, if the gap Dint between the + Z side surface of the polarizing filter 151 and the microlens array 153 is larger than the lens pitch Pml, as shown in FIG. 14 as an example, the interfered light beam enters the microlens. In this case, as shown in FIG. 15 as an example, the shape and size of the foreign matter adhering to the target surface is observed in an unclear state.
一方、本実施形態では、偏光フィルタ151の+Z側の面とマイクロレンズアレイ153との間隙DintがレンズピッチPml以下であるため、一例として図16及び図17に示されるように、干渉した光束がマイクロレンズに入射することはない。なお、図17は、図16の一部を拡大した図である。この場合は、一例として図18に示されるように、対象面に付着している異物の形状及び大きさは、明確な状態で観察される。 On the other hand, in this embodiment, since the gap Dint between the + Z side surface of the polarizing filter 151 and the microlens array 153 is equal to or smaller than the lens pitch Pml, as shown in FIGS. It does not enter the microlens. FIG. 17 is an enlarged view of a part of FIG. In this case, as shown in FIG. 18 as an example, the shape and size of the foreign matter adhering to the target surface is observed in a clear state.
以上説明したように、本実施形態に係る表面観察装置10によると、表面観察装置10は、光源装置100、偏光変換装置110、ハーフミラー120、レンズ130、受光モジュール150、回路基板170、筐体180、処理装置200、入力装置210、表示装置220、HDD装置230及び水平駆動装置240などを備えている。 As described above, according to the surface observation device 10 according to the present embodiment, the surface observation device 10 includes the light source device 100, the polarization conversion device 110, the half mirror 120, the lens 130, the light receiving module 150, the circuit board 170, and the housing. 180, a processing device 200, an input device 210, a display device 220, an HDD device 230, a horizontal driving device 240, and the like.
受光モジュール150は、偏光フィルタ151、マイクロレンズアレイ153、イメージセンサ155などを有している。そして、偏光フィルタ151の+Z側の面とマイクロレンズアレイ153との間隙Dintは、マイクロレンズアレイ153におけるレンズピッチPml以下となるように設定されている。 The light receiving module 150 includes a polarizing filter 151, a microlens array 153, an image sensor 155, and the like. The gap Dint between the + Z side surface of the polarizing filter 151 and the microlens array 153 is set to be equal to or smaller than the lens pitch Pml in the microlens array 153.
この場合は、各マイクロレンズに入射する光束が、互いに干渉するのを抑制することができ、異物あるいは欠陥の鮮明な像を得ることができる。 In this case, it is possible to suppress the light beams incident on the respective microlenses from interfering with each other, and a clear image of foreign matter or defects can be obtained.
そこで、表面観察装置10によれば、透明な物体の表面に付着した微小な異物、及び透明な物体の表面の微小な欠陥を精度良く観察することができる。その結果、1μm程度の異物があっても、その形状、大きさ、及び材質を知ることができる。同様に、1μm程度の欠陥があっても、その形状、及び大きさを知ることができる。 Therefore, according to the surface observation apparatus 10, it is possible to accurately observe minute foreign matters attached to the surface of the transparent object and minute defects on the surface of the transparent object. As a result, even if there is a foreign matter of about 1 μm, the shape, size, and material can be known. Similarly, even if there is a defect of about 1 μm, the shape and size can be known.
また、特許文献1に開示されている検査装置と異なり、表面観察装置10によれば、対象物が、不透明な物体に載置されていても、透明な物体の表面に付着した微小な異物、及び透明な物体の表面の微小な欠陥を精度良く観察することができる。 In addition, unlike the inspection apparatus disclosed in Patent Document 1, according to the surface observation apparatus 10, even if the object is placed on an opaque object, a minute foreign matter attached to the surface of the transparent object, In addition, minute defects on the surface of a transparent object can be observed with high accuracy.
また、従来の観察装置では、微小な異物及び微小な欠陥の形状を求めるには、高い倍率のレンズが必要となる。この場合、視野が狭くなり、対象物の全面を観察するのに多大な時間を必要とする。また、この場合、ピント合わせが難しくなる。 In addition, in a conventional observation apparatus, a lens with a high magnification is required to obtain the shape of a minute foreign matter and a minute defect. In this case, the field of view becomes narrow, and a great deal of time is required to observe the entire surface of the object. In this case, focusing becomes difficult.
一方、表面観察装置10では、レンズの倍率をそれほど高くしなくても鮮明な像を得ることができる。そこで、従来よりも短時間で、対象物の全面を観察することができる。また、ピント合わせも容易である。すなわち、通常の顕微鏡観察と同様の間隔で透明部材の表面観察を非接触で行うことができる。 On the other hand, the surface observation apparatus 10 can obtain a clear image without increasing the magnification of the lens so much. Therefore, the entire surface of the object can be observed in a shorter time than conventional. In addition, focusing is easy. That is, the surface of the transparent member can be observed in a non-contact manner at intervals similar to those of normal microscope observation.
また、表面観察装置10では、落射照明によって対象物の表面で照明しているため、装置の小型化を図ることができる。 Moreover, in the surface observation apparatus 10, since it illuminates on the surface of a target object by epi-illumination, size reduction of an apparatus can be achieved.
また、表面観察装置10では、高価な部品を用いることなく、従来よりも鮮明な像を得ることができ、コストパフォーマンスの向上を図ることができる。 Further, the surface observation apparatus 10 can obtain a clearer image than before without using expensive parts, and can improve cost performance.
なお、上記実施形態では、光源装置100からの光束が、対象物の表面に対して直交する方向から入射する場合について説明したが、これに限定されるものではない。光源装置100からの光束が、対象物の表面に斜入射されても良い。この場合は、一例として図19に示されるように、異物や欠陥の3次元形状を知ることができる。 In the above-described embodiment, the case where the light beam from the light source device 100 is incident from the direction orthogonal to the surface of the object has been described. However, the present invention is not limited to this. The light beam from the light source device 100 may be obliquely incident on the surface of the object. In this case, as shown in FIG. 19 as an example, the three-dimensional shape of a foreign substance or a defect can be known.
また、上記実施形態において、前記偏光フィルタ151の偏光パターン152に代えて、一例として図20〜図22に示される偏光パターン152’を用いても良い。ここでは、図21における符号d1は符号d2と同じであり、6μmに設定されている。 Moreover, in the said embodiment, it may replace with the polarization pattern 152 of the said polarizing filter 151, and may use polarization pattern 152 'shown by FIGS. 20-22 as an example. Here, the symbol d1 in FIG. 21 is the same as the symbol d2, and is set to 6 μm.
この場合は、予め、対象物300の位置に全反射部材(例えば、ミラー)をおき、イメージセンサ155の全ての画素について、偏光フィルタ151がないときの入射光量を基準とし、光源装置100からの光束が偏光板111を通過しているときに入射光量が50%以上となる画素(便宜上、「第1画素群」という)であるか、光源装置100からの光束が偏光板112を通過しているときに入射光量が50%以上(便宜上、「第2画素群」という)となる画素であるかを求める。 In this case, a total reflection member (for example, a mirror) is placed in advance on the position of the object 300, and the incident light quantity when the polarizing filter 151 is not provided for all the pixels of the image sensor 155 is used as a reference. It is a pixel (referred to as “first pixel group” for convenience) in which the amount of incident light is 50% or more when the light beam passes through the polarizing plate 111, or the light beam from the light source device 100 passes through the polarizing plate 112. It is determined whether the pixel has an incident light quantity of 50% or more (referred to as “second pixel group” for convenience).
そして、処理装置200は、対象物300を観察する際に、上記工程(3)では、上記第1画素群に属する複数の画素の出力から前記第1偏光イメージを求め、上記工程(5)では、上記第2画素群に属する複数の画素の出力から前記第2偏光イメージを求める。 Then, when observing the object 300, the processing device 200 obtains the first polarization image from the outputs of the plurality of pixels belonging to the first pixel group in the step (3), and in the step (5). The second polarization image is obtained from the outputs of a plurality of pixels belonging to the second pixel group.
この場合は、イメージセンサ155と偏光フィルタ151の位置合わせを、上記実施形態よりも簡略化することができる。 In this case, the alignment of the image sensor 155 and the polarizing filter 151 can be simplified as compared with the above embodiment.
また、上記実施形態において、光源101が複数の発光部を有していても良い。 In the above embodiment, the light source 101 may include a plurality of light emitting units.
また、上記実施形態では、偏光変換装置110において、保持部材113をZ軸方向に移動させて、光源装置100からの光束が通過する偏光板を選択する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、保持部材113をY軸方向に移動させたり、あるいは保持部材113をX軸方向に平行な軸まわりに回転させて、光源装置100からの光束が通過する偏光板を選択しても良い。また、1つの偏光板をX軸方向に平行な軸まわりに回転させても良い。要するに、偏光変換装置110から射出される光束の偏光方向を選択することができれば良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the polarizing member which moves the holding member 113 to a Z-axis direction and selects the polarizing plate through which the light beam from the light source device 100 passes was selected in the polarization converter 110, it is limited to this. It is not a thing. For example, the polarizing plate through which the light beam from the light source device 100 passes may be selected by moving the holding member 113 in the Y-axis direction or rotating the holding member 113 around an axis parallel to the X-axis direction. One polarizing plate may be rotated about an axis parallel to the X-axis direction. In short, it is only necessary that the polarization direction of the light beam emitted from the polarization conversion device 110 can be selected.
また、上記実施形態では、レンズ130の倍率が1000倍の場合について説明したが、これに限定されるものではない。必要な検出精度や、検出対象の異物及び欠陥の大きさに応じて適切な倍率のレンズを用いることができる。例えば、検出対象の異物及び欠陥の大きさが大きい場合には、低倍率のレンズを用いることができ、広い視野を一度に観察することができる。その結果、観察に要する時間を短縮することができる。また、倍率が可変のレンズを用いても良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the magnification of the lens 130 was 1000 times, it is not limited to this. A lens with an appropriate magnification can be used according to the required detection accuracy and the size of the foreign matter and defect to be detected. For example, when the size of foreign objects and defects to be detected is large, a low-magnification lens can be used, and a wide field of view can be observed at once. As a result, the time required for observation can be shortened. A lens having a variable magnification may be used.
また、上記実施形態では、マイクロレンズと画素が1対1に対応している場合について説明したが、これに限定されるものではない。必要な検出精度があまり高くない場合や、検出対象の異物及び欠陥の大きさがある程度大きい場合には、例えば、4つの画素に対して1つのマイクロレンズが設けられても良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a microlens and a pixel respond | correspond one to one, it is not limited to this. When the required detection accuracy is not so high, or when the size of foreign objects and defects to be detected is large to some extent, for example, one microlens may be provided for four pixels.
また、上記実施形態では、1画素の大きさが6μmの場合について説明したが、これに限定されるものではない。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the magnitude | size of 1 pixel was 6 micrometers, it is not limited to this.
また、上記実施形態では、レンズピッチPmlが6μm、間隙Dintが2μmの場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、間隙DintがレンズピッチPml以下であれば良い。 In the above embodiment, the case where the lens pitch Pml is 6 μm and the gap Dint is 2 μm has been described. However, the present invention is not limited to this. In short, it is sufficient that the gap Dint is equal to or smaller than the lens pitch Pml.
また、上記実施形態では、観察対象の視野を異ならせる際に、筐体180を移動させる場合について説明したが、これに限らず、対象物300を移動させても良い。 In the above embodiment, the case where the housing 180 is moved when the field of view of the observation target is different has been described. However, the present invention is not limited to this, and the object 300 may be moved.
また、上記実施形態において、前記対象物は、有色の透明部材であっても良い。 Moreover, in the said embodiment, a colored transparent member may be sufficient as the said target object.
また、上記実施形態において、回路基板170上に処理回路を含むICチップを実装し、処理装置200が行っていた処理の少なくとも一部を該ICチップで行っても良い。 In the above embodiment, an IC chip including a processing circuit may be mounted on the circuit board 170, and at least a part of the processing performed by the processing apparatus 200 may be performed by the IC chip.
10…表面観察装置(観察装置)、100…光源装置、101…光源、102…コリメートレンズ、110…偏光変換装置(偏光変換機構)、111…偏光板(第1の偏光選択部材)、112…偏光板(第2の偏光選択部材)、113…保持部材、115…ステッピングモータ、120…ハーフミラー、130…レンズ、150…受光モジュール、151…偏光フィルタ、152…偏光パターン、152’…偏光パターン、153…マイクロレンズアレイ、155…イメージセンサ、170…回路基板、180…筐体、200…処理装置、210…入力装置、220…表示装置、230…HDD装置、240…水平駆動装置、300…対象物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface observation apparatus (observation apparatus), 100 ... Light source apparatus, 101 ... Light source, 102 ... Collimating lens, 110 ... Polarization conversion apparatus (polarization conversion mechanism), 111 ... Polarizing plate (1st polarization | polarized-light selection member), 112 ... Polarizing plate (second polarization selecting member), 113 ... holding member, 115 ... stepping motor, 120 ... half mirror, 130 ... lens, 150 ... light receiving module, 151 ... polarization filter, 152 ... polarization pattern, 152 '... polarization pattern , 153... Microlens array, 155 Image sensor, 170 Circuit board, 180 Case, 200 Processing unit, 210 Input device, 220 Display device, 230 HDD device, 240 Horizontal drive device, 300 Object.
Claims (10)
前記対象物を介した光の光路上に配置されたレンズと、
前記レンズを通過した光の光路上に配置された偏光フィルタと、
前記偏光フィルタを通過した光の光路上に配置されたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを介した光の光路上に配置され、複数の受光部を有するイメージセンサとを備え、
前記偏光フィルタと前記マイクロレンズアレイとの間隔が、前記マイクロレンズアレイにおけるレンズピッチ以下である観察装置。 An observation device for optically observing the surface of an object,
A lens disposed on an optical path of light through the object;
A polarizing filter disposed on an optical path of light passing through the lens;
A microlens array disposed on an optical path of light that has passed through the polarizing filter;
An image sensor having a plurality of light receiving portions disposed on an optical path of light through the microlens array;
An observation apparatus in which an interval between the polarizing filter and the microlens array is equal to or smaller than a lens pitch in the microlens array.
互いに直交する2つの直線偏光のいずれかが選択され、前記光源からの光を該選択された直線偏光に変換して射出する偏光変換機構と、
前記レンズと前記偏光フィルタとの間に配置され、前記偏光変換機構からの直線偏光の一部を前記レンズを介して前記対象物に向かう方向に反射する反射部材と、を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の観察装置。 A light source;
A polarization conversion mechanism that selects any one of two linearly polarized lights orthogonal to each other, converts the light from the light source into the selected linearly polarized light, and emits the light;
A reflection member disposed between the lens and the polarizing filter and configured to reflect a part of linearly polarized light from the polarization conversion mechanism in a direction toward the object through the lens. The observation apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The observation apparatus according to claim 8, wherein the processing apparatus further obtains position information in which at least one of a foreign matter and a defect in the object exists.
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